CN112005390A

CN112005390A - 包括具有图案化表面的覆板的半导体发光装置

Info

Publication number: CN112005390A
Application number: CN201980027658.2A
Authority: CN
Inventors: E·韦尔奇; P·T·菲尼; E·塔撒; K·M·戴维斯
Original assignee: Cree Inc
Current assignee: Kerui Led Co
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2020-11-27
Also published as: US20190326484A1; JP7278301B2; JP2021520064A; EP3785307A1; WO2019209708A1; US11309462B2

Abstract

一种半导体发光装置，包括：发光二极管(LED)芯片；LED芯片上的受体发光介质；与LED芯片相反地在受体发光介质上的图案化覆板，该图案化覆板包括与LED芯片相反地在受体发光介质上的图案化覆板，该图案化覆板包括图案化表面，该图案化表面被配置为减小由半导体发光装置发射的光的色点随偏离LED芯片的光轴的角度的变化。

Description

包括具有图案化表面的覆板的半导体发光装置

相关申请

在35 U.S.C.§119(e)下，本申请要求于2018年4月23日提交的标题为“SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICES INCLUDING SUPERSTRATES WITH PATTERNEDSURFACES”的美国临时申请序列号No.62/661,359的利益，该美国临时申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及发光装置，并且更具体地，涉及包括具有图案化表面的覆板的半导体发光装置。

背景技术

如今，半导体发光装置被广泛使用。半导体发光装置通常包括一个或多个发光二极管芯片(“LED”或“LED芯片”)。每个LED芯片可以包括一系列半导体层，这一系列半导体层例如可以在诸如蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓基板之类的基板上外延生长。在这些外延层中形成一个或多个半导体p-n结。当在p-n结两端施加足够的电压时，n型半导体层中的电子和p型半导体层中的空穴流向p-n结。随着电子和空穴朝向彼此流动，电子将与对应的空穴“碰撞”并复合，这将导致光的光子发射。LED芯片发射的光的波长分布通常取决于所用的半导体材料以及构成装置的“有源区域”的薄外延层的结构，有源区域是在其中发生电子-空穴复合的地方。

LED芯片几乎是单色光源，看起来发射具有单色的光。由LED发射的光的光谱功率分布可以以约“峰值”波长为中心，该“峰值”波长是LED芯片的光谱功率分布达到其由光检测器检测到的最大值的波长。LED芯片的光谱功率分布的宽度通常在约10nm和30nm之间，其中该宽度可以在发射峰每侧的最大照度的一半处测量(此宽度可以被称为一半最大值处的全宽度或“FWHM”宽度)。

可见光可以包括具有多种不同波长的光。可见光的表观颜色可以参考二维色度(chromaticity)图进行图示，二维色度图诸如是图1中所示的1931CIE色度图，该图为将颜色定义为颜色的加权和提供了参考。如图1中所示，CIE色度图上的颜色由落入通常为U形区域内的x(ccx)和y(ccy)坐标(即，色度坐标)来定义。区域外部上或附近的颜色是由具有单个波长或非常小的波长分布的光组成的饱和颜色，而区域内部上的颜色是由不同波长的混合组成的不饱和颜色。通常在图的中间附近，在图1中标记为10的区域中会发现白光，该白光可以是多种不同波长的混合。如区域10的大小所证明的那样，有许多不同色相(hue)的光可以被认为是“白色”。例如，某些“白”光，诸如由高功率钠蒸气照明装置生成的光，可能看起来颜色偏黄，而其它“白”光，诸如由某些荧光照明装置生成的光，可能看起来颜色更偏蓝。

来自发射第一和第二颜色的光的光源的光的组合可能看起来具有与两种构成颜色中的任一种不同的颜色。组合光的颜色可以取决于两个光源的波长和相对强度。例如，由蓝色光源和红色光源的组合发射的光对于观察者可能会看起来是紫色或洋红色的。类似地，由蓝色光源和黄色光源的组合发射的光对于观察者可能看起来是白色的。图1的曲线图中的每个点被称为发射具有该颜色的光的光源的“色点”。如图1中所示，存在被称为“黑体”轨迹15的色点轨迹，该色点轨迹对应于被加热至各种温度的黑体辐射器发射的光的色点的位置。黑体轨迹15也被称为“普朗克”轨迹，因为沿着黑体轨迹的色度坐标(即，色点)服从普朗克方程：E(λ)＝Aλ^-5/(e^B/T-1)，其中E是发射强度，λ是发射波长，T是黑体的色温，并且A和B是常数。位于黑体轨迹15上或附近的色点为人类观察者产生令人愉悦的白光。

随着加热的物体变成白炽灯，它会先发偏红光，然后发偏黄光，最后随着温度增大而发偏蓝光。发生这种情况的原因是，与黑体辐射器的峰值辐射相关联的波长随着温度增大而逐渐变短，这与维恩位移定律一致。因此可以根据它们的相关色温(CCT)来描述产生在黑体轨迹15上或附近的光的照明体。如本文所使用的，术语“白光”是指被感知为白色的光，其在1931CIE色度图上位于黑体轨迹的7MacAdam椭圆内，并且具有2000K至10,000K范围的CCT。CCT为4000K的白光可能看起来颜色偏黄，而CCT为8000K或更高的白光可能看起来颜色偏蓝，并且可以被称为“冷”白光。“暖”白光可以用于描述CCT在约2500K和4500K之间的白光，其颜色更偏红或更偏黄。

可以通过用诸如磷光体之类的一种或多种发光材料围绕LED芯片来提供发射白光的半导体发光装置，所述发光材料吸收由LED芯片发射的一些光并响应地发射一种或多种其它颜色的光。此过程在本文中也被称为将由LED芯片发射的某些光“转换”为(一种或多种)其它颜色的光。由LED发射的未由发光材料转换的光与由发光材料发射的(一种或多种)其它颜色的光的组合可以产生观察者看起来是白色或接近白色的光。

作为一个示例，可以通过用“黄色”磷光体(即，发射具有在黄色范围中的峰值波长的光的磷光体)涂覆基于氮化镓的蓝色LED(即，发射具有如本文所定义的蓝色范围中的峰值波长的光的LED)来形成白色发光LED封装，“黄色”磷光体诸如是掺杂铈的钇铝石榴石磷光体，其化学式为Y₃Al₅O₁₂:Ce，通常被称为YAG:Ce。蓝色LED发射具有例如约460nm的峰值波长的光。由LED发射的某些蓝光在YAG:Ce磷光体颗粒之间和/或通过YAG:Ce磷光体颗粒穿过而没有被转换，而由LED发射的其它蓝光被YAG:Ce磷光体吸收，从而变得被激发并发射具有约550nm的峰值波长的广谱荧光。YAG:Ce磷光体发射的广谱光可以包括多种不同颜色的光(例如，绿色、黄色、橘色甚至红色光)，并且由于发射光的峰值强度为黄色范围而通常看起来颜色偏黄。来自LED的未由YAG:Ce磷光体转换的蓝光与由YAG:Ce磷光体发射的其它颜色的光的组合对观察者来说可能看起来是白色的。这种光通常被认为是冷白色，因为它主要包括可见发射光谱的下半部分(较短波长侧)的光。为了使发射的白光看起来更“温暖”和/或表现出更好的显色性，可以将发射峰值波长在红色范围中的光的磷光体颗粒，诸如基于Eu²⁺掺杂的CaAlSiN₃的磷光体添加到施加到蓝色LED的涂层中。

通常，磷光体吸收具有第一波长的光，并且重新发射具有与第一波长不同(通常更长)的第二波长的光。例如，“下转换”磷光体可以吸收具有较短波长的光并且重新发射具有较长波长的光。将理解的是，术语“磷光体”在本文中被广泛地使用以不仅包括传统上被称为磷光的材料，而且例如还包括吸收在一个波长处的光并重新发射可见光谱中不同波长处的光的诸如量子点之类的其它发光材料。

通常，例如将磷光体颗粒混合到诸如基于环氧树脂或基于有机硅的可固化树脂之类的粘合剂材料中，然后将其涂覆、喷涂或倾倒到LED或灯具的另一表面上。在本文中，这样的混合物被称为“受体发光介质”。受体发光介质可以包括其中混合一种或多种磷光体的一层等、多个堆叠层和/或多个间隔开的层，多个堆叠层中的每一个可以包括相同或不同的磷光体中的一种或多种，多个间隔开的层中的每一个可以包括相同或不同的磷光体。

发明内容

依据本发明的一些实施例，一种半导体发光装置包括：发光二极管(LED)芯片；LED芯片上的受体发光介质；和与LED芯片相反地在受体发光介质上的图案化覆板，所述图案化覆板包括图案化表面，所述图案化表面被配置为减小由半导体发光装置发射的光的色点随偏离LED芯片的光轴的角度的变化。

在一些实施例中，其中图案化表面包括多个光学元件。

在一些实施例中，多个光学元件被配置为在减小由半导体发光装置发射的光的色点随视角的变化的同时，减少由半导体发光装置发射的光量。

在一些实施例中，其中多个光学元件中的至少一个包括凸形突起。

在一些实施例中，凸形突起包括非线性侧壁。

在一些实施例中，多个光学元件中的至少一个包括凹形凹陷。

在一些实施例中，多个光学元件中的至少一个具有圆形截面。

在一些实施例中，多个光学元件中的至少一个具有多边形截面。

在一些实施例中，多个光学元件以栅格布置在图案化覆板上。

在一些实施例中，图案化覆板的与图案化表面相反的表面是基本平坦的表面。

在一些实施例中，多个光学元件在图案化覆板的顶表面上。

在一些实施例中，多个光学元件在图案化覆板的底表面上。

在一些实施例中，多个光学元件中的至少一个的高度在1和3微米(μm)之间，并且多个光学元件中的至少一个的宽度在2和4μm之间。

在一些实施例中，多个光学元件的节距在0.5和10μm之间。

在一些实施例中，多个光学元件的节距是多个光学元件中的相应一个光学元件的宽度的0.5倍至10倍之间。

在一些实施例中，图案化表面是第一图案化表面，所述图案化覆板包括与第一图案化表面在所述图案化覆板的相反侧的第二图案化表面，并且多个光学元件包括在第一图案化表面上的第一光学元件和在第二图案化表面上的第二光学元件。

在一些实施例中，图案化覆板直接接触受体发光介质。

在一些实施例中，半导体发光装置还包括在图案化覆板和受体发光介质之间的气隙。

在一些实施例中，图案化覆板包括第一图案化覆板，并且半导体发光装置还包括在第一图案化覆板上的第二覆板，所述第二覆板具有与第一图案化覆板的图案化表面相邻的主表面。

在一些实施例中，第一图案化覆板包括多个第一光学元件，并且第二覆板包括第二图案化覆板，所述第二图案化覆板包括多个第二光学元件。

在一些实施例中，第一图案化覆板包括第一折射率，并且第二覆板包括不同于第一折射率的第二折射率。

在一些实施例中，半导体发光装置还包括在受体发光介质与LED芯片之间的粘附剂层。

在一些实施例中，其中图案化覆板是透明的。

在一些实施例中，图案化表面被配置为：对于在延伸穿过LED芯片且垂直于LED芯片的主表面的光轴的40度以内的基本上所有视角，将由半导体发光装置发射的光的ccx和ccy坐标两者的变化减小到0.01以内。

依据本发明的一些实施例，一种半导体发光装置包括：发光二极管(LED)芯片和直接安装在LED芯片上的芯片盖。芯片盖包括：图案化覆板，包括多个光学元件；和在图案化覆板上的受体发光介质，其中受体发光介质在LED芯片与图案化覆板之间。

在一些实施例中，多个光学元件中的至少一个包括凸形突起。

在一些实施例中，凸形突起包括非线性侧壁。

在一些实施例中，图案化覆板包括图案化表面，并且图案化覆板的与图案化表面相反的表面是基本平坦的表面。

在一些实施例中，多个光学元件在图案化覆板的顶表面上。

在一些实施例中，其中多个光学元件在图案化覆板的底表面上。

在一些实施例中，图案化覆板直接接触受体发光介质。

在一些实施例中，图案化覆板包括蓝宝石、碳化硅、熔融二氧化硅和/或玻璃。

在一些实施例中，其中多个光学元件中的至少一个的高度在1和3微米(μm)之间，并且多个光学元件中的至少一个的宽度在2和4μm之间。

在一些实施例中，多个光学元件的节距在0.5和10μm之间。

在一些实施例中，图案化覆板包括具有图案化表面的第一图案化覆板，并且半导体发光装置还包括在第一图案化覆板上的第二覆板，所述第二覆板具有与第一图案化覆板的图案化表面相邻的主表面。

在一些实施例中，其中第一图案化覆板包括多个第一光学元件，并且第二覆板包括第二图案化覆板，所述第二图案化覆板包括多个第二光学元件。

在一些实施例中，图案化覆板是透明的。

在一些实施例中，图案化覆板包括第一图案化表面和第二图案化表面，所述第二图案化表面与第一图案化表面在图案化覆板的相反侧，并且多个光学元件包括在第一图案化表面上的第一光学元件和在第二图案化表面上的第二光学元件。

在一些实施例中，图案化覆板被配置为：对于在延伸穿过LED芯片且垂直于LED芯片的主表面的光轴的40度以内的基本上所有视角，将由半导体发光装置发射的光的ccx和ccy坐标两者的变化减小到0.01以内。

依据本发明的一些实施例，一种半导体发光装置包括：发光二极管(LED)芯片；LED芯片上的受体发光介质；和与LED芯片相反地在受体发光介质上的图案化覆板，图案化覆板包括图案化表面，所述图案化表面被配置为：对于在延伸穿过LED芯片且垂直于LED芯片的主表面的光轴的40度以内的基本上所有视角，将由半导体发光装置发射的光的ccx和ccy颜色坐标两者的变化减小到0.01以内。

在一些实施例中，受体发光介质包括磷光体材料和粘合剂材料，并且粘合剂材料的第一折射率和图案化覆板的第二折射率之间的差至少为0.3。

在一些实施例中，图案化表面包括多个光学元件。

在一些实施例中，多个光学元件将从LED芯片发射的光的与光轴至少成45°的一部分重定向为与延伸穿过LED芯片且垂直于LED芯片的主表面的光轴成30°以内。

在一些实施例中，多个光学元件将从LED芯片发射的光的与光轴至少成10°的一部分重定向为与延伸穿过LED芯片且垂直于LED芯片的主表面的光轴成30°以上。

在一些实施例中，凸形突起包括非线性侧壁。

在一些实施例中，多个光学元件在图案化覆板的顶表面上。

在一些实施例中，多个光学元件在图案化覆板的底表面上。

在一些实施例中，多个光学元件中的至少一个的高度在1和3微米之间，并且多个光学元件中的至少一个的宽度在2和4μm之间。

在一些实施例中，多个光学元件的节距在0.5和10微米之间。

在一些实施例中，栅格是六边形的。

在一些实施例中，多个光学元件以不规则图案布置在图案化覆板上。

在一些实施例中，图案化表面是第一图案化表面，图案化覆板包括与第一图案化表面在图案化覆板的相反侧的第二图案化表面，并且多个光学元件包括在第一图案化表面上的第一光学元件和在第二图案化表面上的第二光学元件。

在一些实施例中，图案化表面被配置为：对于在延伸穿过LED芯片且垂直于LED芯片的主表面的光轴的40度以内的基本上所有视角，将由半导体发光装置发射的光的ccx和ccy坐标两者的变化减小到0.005以内。

在一些实施例中，图案化覆板是透明的。

在一些实施例中，图案化覆板直接接触受体发光介质。

附图说明

专利或申请文件包含至少一张彩色附图。在请求并且支付必要的费用的情况下，专利局将提供带有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本。

图1图示了用于通过色度坐标定义颜色的1931CIE色度图。

图2是包括芯片盖的常规半导体发光装置的示意性截面图。

图3A是常规半导体发光装置的示意性截面图，其图示了从该装置发射的光的各种视角。

图3B和图3C是图示从常规半导体发光装置发射的光的感知颜色的改变与发射光的视角之间的关系的曲线图。

图4是根据本发明的实施例的半导体发光装置的示意性截面图。

图5A和图5B是图示与常规装置相比根据本发明的实施例的半导体发光装置的操作的仿真图。图5C和图5D是图5B的放大部分。

图6A、图6B、图6C、图7A、图7B、图7C、图8A、图8B和图8C是根据本发明的某些实施例的半导体发光装置中包括的光学元件的示例配置的示意性截面图。

图9A是根据本发明的实施例的半导体发光装置的示意性截面图，其中光学元件在图案化覆板的顶表面上。

图9B是图示图9A的半导体发光装置的操作的示意图。

图10A、图10B和图10C图示了分别与图6A、图7A和图8A的半导体发光装置类似的半导体发光装置，其中光学元件凹入到图案化覆板的表面中。

图11A和图11B是示例半导体发光装置的示意性截面图，其中在图案化覆板中包括凹入的光学元件。

图12A和图12B是示例半导体发光装置的示意性截面图，其中光学元件被设置为在两个覆板之间的突起。

图12C和图12D是示例半导体发光装置的示意性截面图，其中光学元件被设置为在两个覆板之间的凹陷。

图12E和图12F是包括多于一个图案化覆板的示例半导体发光装置的示意性截面图。

图12G和图12H是示例半导体发光装置的示意性截面图，该示例半导体发光装置具有在两个表面上均具有光学元件的图案化覆板。

图13是半导体发光装置的示意性截面图，其中图案化覆板包括内部光学元件。

图14是半导体发光装置的示意性截面图，该半导体发光装置还包括在图案化覆板和受体发光介质之间的气隙。

图15是包括在包括透镜的模制照明设备中的图4的半导体发光装置的示意性截面图。

图16是在包括多个LED芯片的半导体发光装置中使用的图案化覆板的示意性截面图。

图17A和图17B是图示常规装置和根据本发明的实施例的半导体发光装置的颜色随角度变化的曲线图。

图17C是图示了根据本发明的实施例的具有不同类型的图案化覆板的半导体发光装置的颜色随角度变化性能的差异的曲线图。

图18A和图18B是图示了与根据本发明的实施例的示例半导体发光装置相比，使用常规漫射器可能遇到的锐度下降的曲线图。

图19A和图19B是图示了常规装置与根据本发明的实施例的示例半导体发光装置之间的附加性能比较的曲线图。

图20A和图20B是示出常规半导体发光装置的性能的曲线图。

图21A和图21B是示出根据本文描述的一些实施例的装置的性能的曲线图。

图22A和图22B包括示出在包括具有圆形基部的光学元件的半导体发光装置和包括具有六边形基部的光学元件的半导体发光装置中的颜色随角度(CoA)变化的曲线图。

应当注意，这些附图旨在图示在某些示例实施例中利用的方法、结构和/或材料的一般特性，并补充下面提供的书面描述。然而，这些附图不是按比例绘制的，并且可能不能精确地反映任何给定实施例的结构或性能特性，并且不应被解释为定义或限制本文所述的示例实施例所涵盖的值或性质的范围。例如，为了清楚起见，可以减小或放大层、区域和/或结构元件的相对厚度和位置。在各个附图中使用类似或相同的附图标记旨在指示类似或相同的元件或特征的存在。

具体实施方式

依据本发明的实施例，可以通过添加与(一个或多个)LED芯片相反地放置在半导体发光装置的受体发光介质上的图案化覆板，来改善在一定视角范围内由半导体发光装置发射的光的颜色的一致性。图案化覆板的添加可以更改由半导体发光装置发射的光的特性，从而当从不同角度观看时，可以为发射光提供更均匀的颜色。

利用带有受体发光介质的LED芯片的常规半导体发光装置可以发射随着发射光的视角改变而表现出发射光的颜色变化的光。例如，当从半导体发光装置直接观看(例如，直视)半导体发光装置时，从半导体发光装置发射的光的颜色可以是第一颜色，但是随着视角相对于直视增大，该颜色可以是第二颜色。换句话说，与从正前方观看时相比，从斜角观看时从半导体发光装置发射的光的感知颜色可能不同。由半导体发光装置发射的光的颜色在各个视角上的变化已知为装置的颜色随角度(CoA)变化。

根据本文所述的实施例，可以通过在半导体发光装置中包括其中形成有多个光学元件的图案化覆板，来改善半导体发光装置的CoA性能。可以将图案化覆板定位为接收从受体发光介质发射的光，该光既包括由受体发光介质中的磷光体发射的光，又包括来自LED芯片的未转换的光。如本文中所讨论的，使用该图案化覆板可以对发射光引入附加的折射和/或反射，以便在大视角范围内改善发射光的CoA变化。

根据本发明的一些实施例，提供了半导体发光装置，该半导体发光装置包括LED芯片、在LED芯片上的受体发光介质以及与LED芯片相反地在受体发光介质上的图案化覆板。图案化覆板可以是图案化表面，该图案化表面减小了由半导体发光装置发射的光的色点随偏离垂直于LED芯片的发射表面的线的角度的变化。

根据本发明的进一步实施例，提供了半导体发光装置，该半导体发光装置包括LED芯片和直接安装在LED芯片上的芯片盖。芯片盖可以包括图案化覆板和在图案化覆板上的受体发光介质，该图案化覆板包括多个光学元件。受体发光介质可以定位在LED芯片和图案化覆板之间。

根据本发明的附加实施例，提供了半导体发光装置，该半导体发光装置包括LED芯片、在LED芯片上的受体发光介质以及与LED芯片相反地在受体发光介质上的图案化覆板。图案化覆板包括图案化表面，该图案化表面被配置为对于在垂直于LED芯片的主表面延伸的轴的40度以内的基本上所有视角，将发射光的ccx和ccy颜色坐标两者的变化减小到0.01以内。

现在将参考附图更详细地描述本发明的示例实施例。

图2是包括芯片盖220的常规半导体发光装置200的示意性截面图。如图2中所示，芯片盖220包括其上安置有受体发光介质110的覆板130。芯片盖220可以基本上覆盖LED芯片100，并且可以被定位为使得受体发光介质110在LED芯片100和覆板130之间。LED芯片100例如又可以被安装在诸如陶瓷基板之类的支撑基板160上。支撑基板160可以具有反射性上表面，以使得入射在支撑基板160上的光重定向回去通过LED芯片100。覆板130可以保护受体发光介质110的表面。例如，在Andrews等人的标题为“Light Emitting Diodes,Components and Related Methods”的美国专利申请No.15/657,027中讨论了覆板。通常将受体发光介质110喷涂和/或以其它方式涂覆在覆板130的表面上。例如，在Heikman等人的标题为“Chip with Integrated Phosphor”的美国专利申请No.14/053,404中讨论了受体发光介质。然后可以使用透明粘附剂层105将芯片盖220附接到LED芯片100以提供半导体发光装置200。术语“覆板”在本文中用于指放置在LED芯片上的层，其中受体发光介质在覆板和LED芯片之间。将理解的是，覆板可以在LED芯片的任一侧。例如，在倒装芯片配置中，覆板可以在LED芯片下方。本文中部分地使用术语“覆板”以避免与可能是半导体发光装置的一部分的其它基板(诸如，LED芯片的基板)混淆。术语“覆板”并非旨在限制其描述的结构的取向、位置和/或组成。

图3A是图2的半导体发光装置200的示意性截面图，其图示了从装置200发射的光的各个视角θ。如图3A中所示，LED芯片100可以具有发射表面100s，通过该发射表面100s发射光。发射表面100s可以是LED芯片100的主表面，由LED芯片100发射的大部分光通过该主表面进入受体发光介质110。发射表面100s可以是例如LED芯片100的顶表面或底表面。由LED芯片100发射的光进入受体发光介质110。受体发光介质110可以将从LED芯片100发射的一些光转换为一种或多种不同颜色的光，而由LED芯片100发射的其它光可以不经过转换而穿过受体发光介质。因此，从半导体发光装置200输出的发射光120既包括由LED芯片100生成的未转换的光，也包括由受体发光介质110发射的光。

如图3A中所示，发射光120可以包括以多个角度发射的光。例如，发射光120可以包括第一光分量120a，该第一光分量120a相对于垂直于LED芯片100的发射表面100s的光轴N(例如，光轴)成相对小角度θ₁发射。在本文中，光轴N也可以被称为半导体发光装置的“表面法线”。尽管可以相对于LED芯片100的发射表面100s描述光轴N，但是将理解，在一些实施例中，发射表面100s可以包括非线性和/或可变表面。此外，在一些实施例中，大部分的光可以通过诸如与表面100s相邻的垂直LED表面之类的其它表面发射。通常，光轴N是指与装置的峰值发射发光强度相对应的方向。观察半导体发光装置200的观察者可以从主要面对半导体发光装置200的位置(例如，图3A中的位置A)来感知第一发射光分量120a。

另外，发射光120可以包括第二发射光分量120b，该第二发射光分量120b沿着与垂直于LED芯片100的发射表面100s的光轴N成角度θ₂的线发射。观察半导体发光装置200的观察者可以从相对于LED芯片100的发射表面100s主要以相对大的角度取向的位置(例如，图3A中的位置B)来感知第二光分量120b。

随着视角θ增大，发射光120的颜色也可能改变。图3B和图3C是图示从常规半导体发光装置200发射的光的颜色的改变与发射光120的视角θ之间的关系的曲线图。参考图3B，x轴图示了光相对于LED芯片100的发射表面100s的视角θ。0度的视角θ指示沿着光轴N取向的视角。视角θ的增大(和减小)角度指示沿着从垂直于LED芯片100的发射表面100s的光轴N偏移的角度(例如，诸如图3A中的点A和B)取向的视角。

在图3B中，y轴图示了如在1931 CIE色度图中指定的LED芯片100的发射光120的ccx分量随视角θ的改变(dccx)。该改变相对于沿着半导体发光装置200的光轴N(例如，0度的视角θ)感知的颜色。例如，参考图1，发射光120的ccx分量的改变可以表示在1931CIE色度图中在X方向上发射光120的色点的移动。图3C图示了发射光120的颜色的ccy分量随视角θ(相对于0度的视角θ所感知的颜色)的类似改变(dccy)。因此，如图3B和图3C中所示，随着视角θ相对于光轴N增大，发射光120的颜色可能在ccx和ccy方向上改变。作为这些改变的结果，光的色点可能随着视角θ相对于半导体发光装置200的改变而改变，这可能导致从第一角度(例如，在图3A的位置A处)观看到的光和从第二角度(例如，在图3A的位置B处)观看到的光之间的可感知的色差。

颜色的更改可能部分是由于当发射光120穿过受体发光介质110时，发射光120的不同分量所采用的路径不同。再次参考图3A，沿着与光轴N成相对小的角度θ₁的线穿过受体发光介质110的第一发射光分量120a可以采取相对直的路径通过受体发光介质110。相比之下，与光轴N成相对较大的角度θ₂穿过受体发光介质110的第二发射光分量120b比第一发射光分量120a横贯更大的距离通过受体发光介质110。结果，与第一发射光分量120a相比，受体发光介质110的发光材料可以转换更大比例的第二发射光分量120b。因此，和与光轴N成较小角度发射的光相比，与光轴N成较大角度发射的光可以包括更多的“转换光”(即，由受体发光介质110中的发光材料发射的光)和更少的“直通光”(即，由LED芯片100发射的穿过受体发光介质而不进行波长转换的光)。

常规半导体发光装置已经尝试通过在受体发光介质110上提供漫射器层(例如，包括TiO₂、熔融二氧化硅等的颗粒的层)来解决这种CoA变化。然而，与没有这样的层的常规半导体发光装置相比，这种漫射器层可能导致从装置发射的光的锐度和/或对比度的降低，这在一些应用中可能是有重大关系的，并且还可能增加装置的成本。此外，漫射层可能将相当大部分的光朝向LED芯片100向后散射至可能受到吸收的地方，从而相对于不存在散射体的情况降低了LED芯片100的整体效率。因此，通常期望利用诸如折射和全内反射(TIR)之类的光学效应来充分地混合光，同时最小化朝向可能吸收表面向后定向的光量。

图4是根据本发明的实施例的半导体发光装置400的示意性截面图。与图2的常规装置中一样，图4的半导体发光装置400包括在支撑基板160上的LED芯片100。然而，图4的半导体发光装置400包括改善的芯片盖420。改善的芯片盖420包括受体发光介质410和图案化覆板430。图案化覆板430可以包括多个结构，所述多个结构被配置为以有利的方式将从受体发光介质410入射到图案化覆板430上的一些光重定向。在一些实施例中，结构可以在图案化覆板430的一个或多个表面上。在其它实施例中，结构可以在图案化覆板430的内部区域内。

图案化覆板430中包括的结构在本文中可以被称为光学元件450。光学元件450是在图案化覆板430中形成的特征，其可以与可能自然发生和/或作为制造操作的无意产物的随机变化区分开。在一些实施例中，光学元件450可以被设置为栅格或其它重复配置。在一些实施例中，光学元件450可以是在图案化覆板430的表面中的突起(例如，从图案化覆板430的凸形延伸)和/或凹陷(例如，图案化覆板430中的凹形特征)。在一些实施例中，光学元件450可以是图案化覆板430的表面中的结构变化，其被故意放置以有助于光学反射。在一些实施例中，光学元件450可以在图案化覆板430的表面的多个部分上，包括在图案化覆板430的表面的边缘和中心上。在一些实施例中，光学元件450可以跨越图案化覆板430具有均匀的形状和间隔，而在其它实施例中，间隔或形状可以根据设计跨越图案化覆板430变化。

尽管在图4中图示为具有三角形截面的结构，但是光学元件450的形状可以在大小和配置上变化，如本文中进一步描述的，并且图4中的光学元件450的形状仅用于图示。光学元件450可以被配置为进一步反射从受体发光介质发射的发射光480(其可以包括直通光和转换光两者)，以便改善半导体发光装置400的CoA变化。

如图4中所示，受体发光介质410可以定位在图案化覆板430的光学元件450和LED芯片100之间。在一些实施例中，受体发光介质410的厚度可以在10微米(μm)至100μm之间。在一些实施例中，图案化覆板430可以具有在125μm至165μm之间的厚度。

在一些实施例中，图案化覆板430可以由例如蓝宝石、碳化硅、有机硅和/或玻璃(例如，硼硅酸盐和/或熔融石英)组成。图案化覆板430可以由被图案化然后被分割的块状基板形成。在一些实施例中，可以通过蚀刻过程(例如，湿法蚀刻或干法蚀刻)来对块状基板执行图案化。在一些实施例中，可以通过以其它方式更改表面，诸如通过激光或锯来执行对块状基板的图案化。在一些实施例中，可以在执行图案化过程之前或之后使块状基板变薄。然后可以通过例如用受体发光介质410喷涂和/或以其它方式涂覆块状基板，将受体发光介质410放置在块状基板上。通常将受体发光介质410施加到块状基板上，然后例如用激光或机械锯分割，以形成包括受体发光介质410和图案化覆板430的单独的芯片盖420，但是本发明的实施例不限于此。可以使用例如透明粘附剂层105将芯片盖420附接到LED芯片100。在一些实施例中，透明粘附剂层105可以为约5μm厚。可以使用例如拾取和放置制造过程将单独的芯片盖420放置在LED芯片100上。

尽管将图案化覆板430图示为芯片盖420的部分，但是本发明的实施例不限于此。将理解的是，可以利用图案化覆板430和受体发光介质410来形成半导体发光装置400，而不形成中间改善的芯片盖420。例如，在一些实施例中，可以例如通过诸如喷涂、倾倒或涂覆将受体发光介质410放置在LED芯片100上，并且可以诸如通过拾取和放置操作将图案化覆板430放置在受体发光介质410上。换句话说，受体发光介质410和图案化覆板430可以被单独地放置在LED芯片100上，而无需首先形成分开的芯片盖420。在这样的实施例中，透明粘附剂层105可以不存在，但是本文描述的实施例不限于此。例如，如果LED芯片100被配置为倒装芯片配置，则透明粘附剂层105可以不存在。

图4还包括不透明填充区域470。不透明填充区域470可以包括高反射性围绕材料，该围绕材料可以抑制来自半导体发光装置400的侧光发射，有利于顶部光发射，这是优选的。在一些实施例中，不透明填充区域470可以由有机硅材料和/或散射颗粒组成。图4中所示的不透明填充区域470可以包括在本文所述的每个实施例中。然而，为了简洁起见，可能从本文包括的半导体发光装置的各种图示中省略不透明填充区域470。

图4中所示的半导体发光装置400的结构旨在是代表性的，但是本发明的实施例不限于此。例如，在LED芯片100与图案化覆板430之间和/或在图案化覆板430上可以存在附加层，诸如粘附剂层、漫射层(例如，具有散射颗粒的粘附剂)、反射和/或波长转换层。

图5A和图5B是图示与常规半导体发光装置相比根据本发明的实施例的半导体发光装置的操作的仿真图。图5C和图5D是图5B的放大部分。参考图5A和图5B，仿真包括蓝色和黄色区域/线。蓝色区域/线(其示例在图5A中使用附图标记540来图示)表示与垂直于下面LED的发光表面的轴成较小角度发射的光(例如，图3A的发射光120a的第一分量)，而黄色区域/线(其示例在图5A中使用附图标记550图示)表示与垂直于下面LED的发光表面的轴成相对较大角度发射的光(例如，图3A的发射光120b的第二分量)。图5A和图5B示意性地图示了从LED的单独发射点发射的光。换句话说，图5A和图5B不一定表示跨越下面LED(未示出)的整个表面发射的所有光，而是聚焦在特定的发射点510上。将理解的是，LED跨越LED的表面具有多个发射点，发射点510仅是其中一个。在图5A和图5B中示意性地图示的现象可以跨越LED的表面上的多个点重复。

图5A图示了来自常规半导体发光装置的光发射。图5A的下部图示了图5A的上部的部分“A”的分解图。如图5A中所示，发射点510的以接近垂直于LED的发光表面的光轴的角度发射的光(例如，由蓝色区域/线540指定的光)主要沿着与半导体发光装置的光轴成中心视角(例如，从约-45°至约45°)向外定向。如在图5A中进一步图示的，发射点510的与垂直于LED的发光表面的轴成较大角度发射的光(例如，使用黄色区域/线550指定的光)在受体发光介质110和常规覆板130之间的界面处被反射。该较高角度的光集中在与半导体发光装置的光轴成较宽的视角内(例如，从约-45°至-90°之间的第一部分到约45°至90°之间的第二部分)。如从图5A可以看出的，尽管在常规覆板130内存在发射光的内反射，但是该反射主要是较高角度的光(例如，使用黄色区域/线550指定的光)。在图5A的下部中，在发光介质110和常规覆板130之间的边界处光线的轻微弯曲和/或折射是明显的。这种折射是由于两个层之间的折射率的差异。对于图5A中所示的情况，发光层110相对于常规覆板的折射率(例如，1.8)具有较低的折射率(例如，1.41)。

图5B图示了根据本发明的某些实施例的来自半导体发光装置的光发射。图5B的下部图示了图5B的上部的部分“B”的分解图。如图5B中所示，发射点510的与垂直于LED的发光表面的轴成小角度发射的光(例如，由蓝色区域/线540指定的光)沿着与半导体发光装置的光轴成多个视角(例如，从约-70°至约70°)向外定向。发射点510的与垂直于LED的发光表面的轴成较大角度发射的光(例如，使用黄色区域/线550指定的光)也跨越与半导体发光装置的光轴成较宽的视角(例如，从约-90°至约90°)分布。如图5B中所示，对于较高角度的光(例如，使用黄色区域/线550指定的光)，在图案化覆板430内存在发射光的内反射。通过混合法向和更高角度的光的角度分布，这种效果的组合，即法向角度光(例如，使用蓝色区域/线540指定的光)向更高角度的折射弯曲以及较高角度的光(例如，使用黄色区域/线550指定的光)朝向法线的内部反射，克服了常规CoA的不均匀性。换句话说，与常规情况(例如，图5A)相比，图案化覆板430内的光的内反射允许离开图案化覆板430的光的分布跨越较宽范围的视角更加一致。

图案化覆板430内的增加的反射至少部分地是由于光学元件450。光学元件450引入具有与受体发光介质410的界面的附加表面，使得进入图案化覆板430的光的折射增加。应该注意的是，这种影响不仅仅是光的可以由其它材料(诸如，漫射器)执行的随机散射(例如，各向同性散射)。而是，图案化覆板430和受体发光介质410之间的界面呈现出与具有不同折射率的材料的非随机分布界面。与常规情况相比，该折射率差异的增加的表面积为穿过受体发光介质410进入图案化覆板430的光的折射提供了更多的机会。然后，该附加的折射光可以在图案化覆板430内反射(例如，经由全内反射)，从而导致发射光的分布增加。

因此，可以改善和/或影响装置的CoA变化的变量包括用于图案化覆板430的材料以及光学元件450的配置。例如，图案化覆板430的材料可以有助于图案化覆板430和受体发光介质410之间的折射率差异。图案化覆板430的折射率与受体发光介质410的折射率之间的差异越大，则折射量越大，这可以增加可以以可以改善半导体发光装置的CoA性能的方式重定向的光量。尽管所描述的实施例主要包括发光受体介质410的折射率低于图案化覆板430的折射率的情况，但是应理解，在一些实施例中，该差异可以颠倒以使得发光受体介质410具有比图案化覆板430高的折射率。在一些实施例中，可以存在具有进一步不同的折射率或者甚至折射率梯度的中间层或涂层。

在一些实施例中，折射可以导致部分光的全内反射。在一些实施例中，对于与垂直于下面LED的发光表面的轴成相对较大的角度发射的光，可以增加反射。例如，与诸如图4中所示的光学元件之类的光学元件450接触的光可以被更改两次。首先，由于图案化覆板430的折射率与受体发光介质410的折射率之间的差异，光可以撞击光学元件450的第一表面并且被折射。第二，光可以继续行进穿过光学元件450，并且在撞击光学元件450的相反侧(例如，相反的侧壁)时再次被更改。光学元件450的相反侧可以将光反射回图案化覆板430内，并且该光在最终通过图案化覆板430离开装置之前，可以被半导体发光装置的其它特征进一步反射。最终结果可以是，具有更均匀色点的光跨越宽范围的视角从装置发射。通过调节光学元件450的配置和在图案化覆板430中使用的材料，可以调整折射率差异，以增强光在图案化覆板430内的分布。在一些实施例中，图案化覆板430的折射率和受体发光介质410的折射率之间的差异可以为至少约0.3，但是本公开不限于此。在一些实施例中，图案化覆板430的折射率与受体发光介质410的折射率之间的差异可以在0.1与2之间。在一些实施例中，图案化覆板430的折射率与受体发光介质410的折射率之间的差异可以在0.01和0.5之间。

除了图案化覆板430的材料之外，光学元件450的放置和配置也可以在以不同视角离开半导体发光装置的光的类型中起作用。例如，光学元件450的形状可以影响提供给通过受体发光介质410发射的光的表面。如本文中将进一步描述的，可以选择光学元件450的形状以调节由半导体发光装置发射的光的分布。另外，光学元件450的布置(例如，节距)也可以有助于提供给通过受体发光介质410发射的光的表面的变化。因此，光学元件450的节距也可以被选择以调节由半导体发光装置发射的光的分布。

图5C和图5D是图5B的放大部分。图5C示出了当遇到光学元件450时较高角度的光(例如，在图线550中指定为“黄色”的光)可能行进的路径的各种仿真。图5D示出了较小角度的光(例如，在图线540中指定为“蓝色”的光)的路径的类似仿真。在图5C和图5D内，出于取向目的图示了半导体发光装置的光轴N。参考图5C，较高角度的光可以在其离开受体发光介质410时接触光学元件450。由于受体发光介质410和光学元件450的材料之间的折射率的差异，所以可以发生折射。在一些情况下，光的折射可以更改光的行进方向，从而使其接触光学元件450的相反侧壁。当发生这种情况时，可能会发生全内反射(TIR)，这可能导致光朝向图案化覆板430的顶表面反射回来。在该路径上行进的光的示例在图5C中被标记为“折射+TIR”。在一些情况下，光的行进方向可以被更改(例如，折射)，但是该更改可能不足以导致光撞击光学元件450的相反侧壁。在这种情况下，光可以被以比从光学元件450的相反侧壁反射出的光更浅的角度朝向图案化覆板430的顶表面折射。在该路径上行进的光的示例在图5C中被标记为“仅折射”。在一些实施例中，光学元件450可以将从LED发射的光的与光轴N至少成45°的一部分重定向为与光轴N成30°以内。在一些实施例中，光学元件450可以将从LED发射的光的与光轴N至少成10°的一部分重定向为与光轴N成30°以上。

参考图5D，较小角度的光(例如，相对于LED的发射表面具有更接近垂直的角度的光)可以在其离开受体发光介质410时接触光学元件450。与上面参考图5C讨论的较高角度的光相比，该光可以以“更陡峭”的角度接触光学元件450。如先前所讨论的，受体发光介质410和光学元件450的材料之间的折射率的差异可以导致较小角度的光在光接触光学元件450的第一表面时被折射。然而，由于较小角度的光的更陡峭的角度，折射可能不如在图5C中所示的较高角度的光那样大，因此较小角度的光中更少(或没有)可以撞击光学元件450的相反侧壁。因此，尽管相对于光轴N成增加的角度，光也可以朝向图案化覆板430的顶表面被折射。在该路径上行进的光的示例在图5D中被标记为“仅折射”。

如前所述，图5A-图5D中的光线的“黄色”(550)和“蓝色”(540)指定并非旨在表示颜色，而是表示从LED芯片100和受体发光介质110、410的组合发射的光的角度。与光轴N成较大角度发射的光将行进通过受体发光介质110、410更远，因此具有在受体发光介质110、410内被转换为不同的波长的按比例更高的光分量。类似地，以相对于光轴N成较小角度发射的光将具有在受体发光介质110、410内被转换为不同的波长的按比例较少的光分量。通过将两种类型的光跨越较宽范围的视角分布，可以实现更一致的CoA。

图6A、图6B和图6C图示了根据本发明的实施例的光学元件450a的示例配置。如图6A中所示，光学元件450a可以具有基本圆锥形的形状。圆锥形光学元件450a可以从图案化覆板430突出。换句话说，可以通过将覆板图案化以具有从其突出的圆锥形光学元件450a来形成图案化覆板430。在一些实施例中，可以经由蚀刻过程(例如，湿法蚀刻或干法蚀刻)从而形成图6A中所示的突起，来形成光学元件450a。图6B图示了圆锥形光学元件450a在图案化覆板430上的布置的平面图。在一些实施例中，各个圆锥形光学元件450a可以与相邻的圆锥形光学元件450a以节距Pa分开。尽管图6A中所示的圆锥形光学元件450a包括线性侧壁，但是本发明的实施例不限于此。例如，在一些实施例中，包括圆锥形光学元件450a的光学元件450的侧壁可以包括弯曲的和/或非线性的侧壁630a，如图6C的轮廓图中所示。在一些实施例中，圆锥形光学元件450a的高度可以是从约1μm至约2μm。圆锥形光学元件450a的基部的直径可以是从约2.2μm至约3μm。节距Pa可以是约2μm至约4μm之间。在其它实施例中，圆锥形光学元件450a的高度可以是从约0.5μm至约4μm，圆锥形光学元件450a的基部的直径可以是从约1.0μm至约4μm，并且节距Pa可以是约1.5μm至约8μm之间。在一些实施例中，节距Pa可以是在0.5μm至约10μm之间变化。在一些实施例中，节距Pa可以基于圆锥形光学元件450a的尺寸。例如，在一些实施例中，节距Pa可以是圆锥形光学元件450a的尺寸(例如，宽度)的0.5倍至10倍之间。

图7A、图7B和图7C图示了根据本发明的实施例的光学元件450b的附加示例配置。如图7A中所示，光学元件450b可以被配置为基本四边形的金字塔形状。四边形的金字塔光学元件450b可以被配置为从图案化覆板430突出。四边形的金字塔光学元件450b的基部可以具有例如具有四个边的四边形设计。图7B图示了四边形的金字塔光学元件450b在图案化覆板430上的布置的平面图。各个四边形的金字塔光学元件450b可以与相邻的四边形的金字塔光学元件450b以节距Pb分开。如关于图6C所讨论的，四边形的金字塔光学元件450b的侧壁630b可以是弯曲的和/或非线性的，如图7C的轮廓图中所示。侧壁630b的曲线可以与图6C中所示的侧壁630a的曲线相同或不同。在一些实施例中，四边形的金字塔光学元件450b的高度可以是从约1μm至约2μm。四边形的金字塔光学元件450b的基部的边的尺寸(例如，长度或宽度)可以是从约2.2μm至约3μm。节距Pb可以是约2μm至约4μm之间。在其它实施例中，四边形的金字塔光学元件450a的高度可以是从约0.5μm至约4μm，四边形的金字塔光学元件450a的基部的直径可以是从约1.0μm至约4μm，并且节距Pb可以是约1.5μm至约8μm之间。在一些实施例中，节距Pb可以是从0.5μm至约10μm之间变化。在一些实施例中，节距Pb可以基于四边形的金字塔光学元件450b的尺寸。例如，在一些实施例中，节距Pb可以是四边形的金字塔光学元件450b的尺寸(例如，宽度)的0.5倍至10倍之间。

图8A、图8B和8C图示了根据本发明的实施例的光学元件450c的附加示例配置。如图8A中所示，光学元件450c可以被配置为基本六边形的金字塔形状。六边形的金字塔光学元件450c可以被配置为从图案化覆板430突出。六边形的金字塔光学元件450c的基部可以具有例如具有六个边的六边形设计。图8B图示了六边形的金字塔光学元件450c在图案化覆板430上的布置的平面图。各个六边形的金字塔光学元件450c可以与相邻的六边形的金字塔光学元件450c以节距Pc分开。如同关于图6C所讨论的，六边形的金字塔光学元件450c的侧壁630c可以是弯曲的和/或非线性的，如图8C的轮廓图中所示。侧壁630c的曲线可以与图6C中所示的侧壁630a的曲线和/或图7C中所示的侧壁630b的曲线相同或不同。在一些实施例中，六边形的金字塔光学元件450c的高度可以是从约1μm至约1.5μm。六边形的金字塔光学元件450c的基部的最宽尺寸可以是从约1.8μm至约2.7μm。节距Pc可以是约2.4μm至约2.8μm之间。在其它实施例中，六边形的金字塔光学元件450a的高度可以是从约0.5μm至约3μm，六边形的金字塔光学元件450a的基部的直径可以是从约1.0μm至约4μm，并且节距Pc可以是约1.5μm至约5μm之间。在一些实施例中，节距Pc可以是从0.5μm至约10μm之间变化。在一些实施例中，节距Pc可以基于六边形的金字塔光学元件450c的尺寸。例如，在一些实施例中，节距Pc可以是六边形的金字塔光学元件450c的尺寸(例如，宽度)的0.5倍至10倍之间。

尽管已经关于图6A-图8C描述了具体的形状，但是将理解的是，可以为光学元件450提供其它形状以提供本发明的进一步实施例。例如，光学元件450可以是其它类型的几何形状，包括具有带有不同数量的边的基部的金字塔形、球体、椭球体、立方体、圆柱体、抛物面等。类似地，各个光学元件450可以以各种方式布置在图案化覆板430上。例如，光学元件450可以布置成各种配置(例如，正方形、矩形、六边形等)的栅格。另外，光学元件450可以按照不规则和/或非周期性布置(例如，随机地图案化、准晶体等)而布置在图案化覆板上。在一些实施例中，光学元件450可以以第一布置布置在图案化覆板430的第一位置(例如，边缘或中间)并且以第二布置布置在图案化覆板430的第二位置(例如，边缘或中间)。例如，图案化覆板430的第一位置可以包括布置在规则栅格中的光学元件450，并且图案化覆板430的第二位置可以包括随机布置的光学元件450。在一些实施例中，图案化覆板430的第一位置可以包括布置在具有第一配置(例如，正方形)的栅格中的光学元件450，并且图案化覆板430的第二位置可以包括布置在具有第二配置(例如，六边形)的栅格中的光学元件450。在一些实施例中，图案化覆板430上的光学元件450可以由多种形状和大小组成。例如，光学元件450的第一类型和/或形状(例如，图6A-图6C的圆锥形光学元件450a)可以用在图案化覆板430的第一部分中，并且光学元件450的第二类型和/或形状(例如，图8A-图8C的六边形的金字塔光学元件450c)可以用在图案化覆板430的第二部分中。在一些实施例中，相邻的光学元件450之间的节距可以是光学元件450的尺寸(例如，宽度)的0.5倍至10倍之间。

尽管图4图示了其中光学元件450在图案化覆板430的底表面(例如，图案化覆板430的最接近LED芯片100的表面)上的示例，但是将理解的是，其它配置是可能的。例如，图9A图示了根据本发明的实施例的半导体发光装置900，其中光学元件450在图案化覆板430ˊ的顶表面上。如图9A中所示，图案化覆板430ˊ的底表面可以与受体发光介质410相邻，并且光学元件450可以放置在图案化覆板430ˊ的与受体发光介质410的相反侧(例如，顶表面)。与图4的照明装置400一样，图案化覆板430ˊ和受体发光介质410可以一起包括芯片盖420ˊ，但是本发明不限于此。在一些实施例中，可以将图案化覆板430ˊ与受体发光介质410分开地放置在LED芯片100上。在这样的实施例中，可以不需要透明粘附剂层105。

图9B是图示图9A的半导体发光装置900的操作的示意图。图9B包括如图5A和图5B中所示的基于来自LED的发射角度而图示为蓝色(540)或黄色(550)的点源的光线的类似指定。为简洁起见，在此将不再重复该描述。如图9B中所示，在图案化覆板430ˊ的顶表面上具有光学元件450的半导体发光装置900的操作与在图案化覆板430ˊ的底表面上具有光学元件450的半导体发光装置(例如，图4的半导体发光装置400)的操作不同。然而，图案化覆板430ˊ和受体发光介质410之间的材料的折射率的变化仍然导致图案化覆板430ˊ内的反射增加。结果，与常规装置相比，半导体发光装置900的CoA变化被更改。另外，与其它半导体发光装置的亮度相比，可以增加从具有图案化覆板430ˊ的顶表面上的光学元件450的半导体发光装置900发射的光的亮度。

尽管先前描述的实施例图示了从图案化覆板430突出的光学元件450，但是将理解的是，本发明的实施例不限于此。例如，在一些实施例中，光学元件450可以被配置为图案化覆板430中的凹陷。图10A、图10B和图10C分别图示了具有与图6A、图7A和图8A的形状类似的形状的光学元件450的实施例，除了光学元件450凹入到图案化覆板430的表面中而不是从其突出之外。例如，图10A图示了凹入到图案化覆板430的表面中的圆锥形光学元件450aˊ。图10B图示了凹入到图案化覆板430的表面中的四边形的金字塔光学元件450bˊ。图10C图示了凹入到图案化覆板430的表面中的六边形的金字塔光学元件450cˊ。凹入的光学元件450aˊ、450bˊ、450cˊ可以通过蚀刻(例如，经由干法或湿法蚀刻)块状基板并且然后分割块状基板而形成，从而形成光学元件450aˊ、450bˊ、450cˊ。

可以在诸如图4和图9中所示的装置配置之类的装置配置中利用包括诸如图10A、图10B和图10C中所示的凹入的光学元件450之类的凹入的光学元件450的图案化覆板430。例如，图11A图示了示例半导体发光装置1100，其中以类似于图4的方式，凹入的光学元件450ˊ在图案化覆板430的底表面中。在一些实施例中，受体发光介质410可以在凹入的光学元件450ˊ的凹陷内和/或填充凹入的光学元件450ˊ的凹陷，但是本文描述的实施例不限于此。例如，在一些实施例中，凹入的光学元件450ˊ的凹陷可以被配置为在其中包括空隙(例如，具有气隙)。图11B图示了示例照明装置1100ˊ，其中凹入的光学元件450ˊ以类似于图9的方式在图案化覆板430ˊ的顶表面中。

与图4的半导体发光装置400一样，图11A和图11B的图案化覆板430、430ˊ和受体发光介质410也可以一起形成芯片盖420、420ˊ，但是本发明的实施例不限于此。在一些实施例中，可以将图案化覆板430、430ˊ与受体发光介质410分开地放置在LED芯片100上。在这样的实施例中，可以不需要透明粘附剂层105。

根据本发明的实施例的半导体发光装置还可以受益于使用两个覆板，其中至少一个是图案化覆板。通过使用两个覆板，光学元件可以与受体发光介质间隔开。该分离可以允许两个覆板内的发射光的附加反射，从而进一步改善(例如，减小)半导体发光装置的CoA变化。图12A和图12B图示了示例半导体发光装置1200，其中光学元件450设置在两个覆板之间。参考图12A，图案化覆板430ˊ可以设置在受体发光介质410上。图案化覆板430ˊ可以设置有布置在图案化覆板430ˊ的顶表面上的光学元件450。光学元件450可以是例如本文关于图6A-图8C描述的光学元件450a、450b、450c中的任何一种以及其它形状。在半导体发光装置1200中，可以在图案化覆板430ˊ上设置第二覆板440。在一些实施例中，图案化覆板430ˊ和第二覆板440可以由相同的材料组成。在一些实施例中，图案化覆板430ˊ和第二覆板440可以由不同的材料组成。通过使用不同的材料，两个覆板可以在图案化覆板430ˊ的折射率与第二覆板440的折射率之间引入附加的差异，这可以对半导体发光装置1200的CoA引入附加的有益调节。

由于光学元件450从图案化覆板430ˊ突出，因此可以在图案化覆板430ˊ和第二覆板440之间形成间隙。在一些实施例中，图案化覆板430ˊ和第二覆板440之间的间隙可以填充有透明填料材料，诸如丙烯酸和/或有机硅材料。在一些实施例中，该间隙可以基本上保持为空，例如作为气隙。

图12B图示了半导体发光装置1200，其中第二覆板440放置在受体发光介质410上，并且图案化覆板430放置在第二覆板440上。在该示例中，光学元件450在图案化覆板430和第二覆板440之间的界面处从图案化覆板430的底表面突出。

如图12A和图12B中所示，图案化覆板430ˊ和第二覆板440之间的界面可以提供附加结构以促进图案化覆板430ˊ和/或第二覆板440内的反射。与图4的半导体发光装置400一样，图12A和图12B的图案化覆板430、430ˊ、第二覆板440以及受体发光介质410可以一起形成芯片盖420、420ˊ，但是本文描述的实施例不限于此。在一些实施例中，可以将图案化覆板430、430ˊ与受体发光介质410分开地放置在LED芯片100上。在这样的实施例中，可以不需要透明粘附剂层105。

图12C和图12D图示了示例半导体发光装置1200ˊ，其中光学元件450ˊ被设置为两个覆板之间的凹陷。图12C的实施例包括与图12A的配置类似的配置，除了图案化覆板430ˊ包括作为凹陷而不是突起的光学元件450ˊ之外。因此，第二覆板440可以在图案化覆板430ˊ的上表面上，并且在一些实施例中可以与图案化覆板430ˊ的上表面齐平。图12D的实施例包括与图12B的配置类似的配置，其中光学元件450ˊ定位在图案化覆板430的底表面中。在图12C和图12D的实施例中，由图案化覆板430、430ˊ的凹陷形成的光学元件450ˊ可以填充有材料(例如，丙烯酸和/或有机硅材料)，或者在一些实施例中，可以在光学元件450ˊ内留下空隙/间隙。

图12A-图12D图示了其中图案化覆板430、430ˊ可以与未图案化的第二覆板440组合以减小从半导体发光装置发射的光的CoA变化的实施例。在一些实施例中，可以在照明装置内组合多于一个图案化覆板。图12E和图12F是根据本发明的实施例的半导体发光装置1200ˊˊ的截面图，该半导体发光装置1200ˊˊ包括多于一个图案化覆板。例如，如图12E中所示，可以将多于一个图案化覆板430ˊ彼此堆叠以进一步调节从半导体发光装置1200ˊˊ发射的光。通过使用两个图案化覆板430ˊ，已经穿过第一图案化覆板430ˊ的第一组光学元件450ˊ的光可以进一步被第二图案化覆板430ˊ的第二组光学元件450ˊ反射。尽管图12E的装置1200ˊˊ图示了包括作为凹陷的光学元件450ˊ的两个图案化覆板430ˊ的堆叠，但是将理解，半导体发光装置可以类似地利用多于两个图案化覆板430ˊ。类似地，包括作为突起的光学元件的图案化覆板，诸如图4中所示的那些，也可以彼此堆叠。

而且，利用不同类型的光学元件的图案化覆板可以彼此堆叠。例如，如图12F中所示，半导体发光装置1200ˊˊ可以具有堆叠在包括凹入的光学元件450ˊ的图案化覆板430ˊ上的包括突出的光学元件450的图案化覆板430。将理解的是，图12F中所示的堆叠顺序仅是示例。在一些实施例中，堆叠的图案化覆板的光学元件可以在堆叠的图案化覆板的共享或相反的表面上。参考图12E和图12F两者，可以将堆叠的图案化覆板430、430ˊ与受体发光介质410组合以形成芯片盖420ˊ，但是本文描述的实施例不限于此。

图12G和图12H是半导体发光装置1200ˊˊˊ的示意性截面图，该半导体发光装置1200ˊˊˊ具有在其两个主表面上具有光学元件450、450ˊ的图案化覆板430ˊˊ。如图12G中所示，半导体发光装置1200ˊˊˊ可以包括例如图案化覆板430ˊˊ，该图案化覆板430ˊˊ在图案化覆板430ˊˊ的上表面和下表面上均具有突出的光学元件450。具有两组光学元件450可以允许附加的折射表面以进一步调节由半导体发光装置1200ˊˊˊ反射的光。图12H图示了图案化覆板430ˊˊ包括图案化覆板430ˊˊ的上表面和下表面两者上的作为凹陷的光学元件450ˊ的示例。参考图12G和图12H两者，可以将堆叠的图案化覆板430ˊˊ与受体发光介质410组合以形成芯片盖420ˊˊ，但是本文描述的实施例不限于此。尽管图12G和图12H图示了其中图案化覆板430ˊˊ包括相同类型的光学元件450、450ˊ的实施例，但是将理解的是，其它配置也是可能的。例如，在一些实施例中，图案化覆板430ˊˊ的一个表面可以包括作为突起的光学元件450，而另一表面可以包括作为凹陷的光学元件450ˊ。类似地，在一些实施例中，图案化覆板的一个表面可以包括第一形状(例如，关于图6A-图8C所讨论的形状中的一个或其它)的光学元件450、450ˊ，而另一表面可以包括第二不同形状的光学元件450、450ˊ。

图13图示了半导体发光装置1300，其中图案化覆板430ˊˊˊ包括内部光学元件450ˊˊ。光学元件450ˊˊ可以形成在图案化覆板430ˊˊˊ的内部而不是在其表面。在一些实施例中，可以通过将激光聚焦在块状基板的内部区域上来形成内部光学元件450ˊˊ。激光可以将能量聚焦在块状基板的内部区域，从而在块状基板内引起微裂纹。微裂纹可以变形和/或更改块状基板的结构，从而形成内部光学元件450ˊˊ。因此，光学元件450ˊˊ可以包括在图案化覆板430ˊˊˊ内的结构特征(例如，在图案化覆板430ˊˊˊ的顶表面与底表面之间)。

形成之后，可以将块状基板分割并放置在LED芯片100上，如本文关于其它装置(例如，图4的半导体发光装置400)所描述的。在一些实施例中，可以在图案化覆板430ˊˊˊ已经被分割并放置在LED上之后在图案化覆板430ˊˊˊ中形成内部光学元件450ˊˊ。

如图13中所示，内部光学元件450ˊˊ可以提供附加的结构以促进图案化覆板430ˊˊˊ内的反射。如同图4的半导体发光装置400一样，图13的图案化覆板430ˊˊˊ和受体发光介质410可以组合在改善的芯片盖420ˊˊˊ中，但是本文描述的实施例不是限于此。在一些实施例中，可以将图案化覆板430ˊˊˊ与受体发光介质410分开地放置在LED芯片100上。在这样的实施例中，可以不需要透明粘附剂层105。

图14图示了半导体发光装置1400，该半导体发光装置1400包括在图案化覆板430和受体发光介质410之间的气隙1410。半导体发光装置1400类似于图4的半导体发光装置，因此为简洁起见，将省略对半导体发光装置1400的类似元件的描述。气隙1410的定位可以在受体发光介质410和气隙1410之间提供附加界面，该附加界面提供附加的折射率差异。因此，从受体发光介质410发射的光将遇到在受体发光介质410和气隙1410之间的具有第一折射率差异的第一界面以及在气隙1410和图案化覆板430之间的具有第二折射率差异的第二界面。可以通过使用支撑结构1420将图案化覆板430升高到受体发光介质410上方来产生气隙1410。图14图示了一个示例，其中支撑结构1420是在LED芯片100的侧面支撑图案化覆板430的竖板(riser)。然而，将理解的是，在不脱离本文描述的实施例的情况下，其它类型的支撑结构1420也可以产生气隙1410。

图15图示了包括在包括透镜1510的模制照明设备中的图4的半导体发光装置400。半导体发光装置400。在一些实施例中，透镜1510的材料可以直接接触图案化覆板430的上表面。透镜1510的材料因此可以为从图案化覆板430发射的光提供不同的折射率。因此，与其它配置(例如，在图案化覆板430上方存在气隙)相比，图案化覆板430的配置可以被配置为如本文所述考虑折射率的改变。在一些实施例中，可以例如通过使用间隔物在透镜1510和图案化覆板430之间提供气隙。可以在半导体发光装置400的侧面处提供填充材料1520。在一些实施例中，填充材料1520可以是被配置为有助于从半导体发光装置400发射的光的反射的反射性材料。在一些实施例中，填充材料1520可以是不透明填充物。可以提供透镜1510以包封半导体发光装置400，从而提供具有减小的CoA变化的模制照明设备。尽管图15图示了半导体发光装置400的使用，但是将理解的是，其它半导体发光装置(例如，半导体发光装置1100、1100′、1200、1200′、1200′ˊ、1200″ˊ、1300和1400)可以类似地使用，而不偏离本文描述的实施例。

尽管先前描述的实施例包括将图案化覆板430与单个LED芯片100一起使用，但是将理解的是，图案化覆板430也可以与多个LED芯片100结合使用。图16图示了在具有多个LED芯片100的半导体发光装置1600中使用的图案化覆板430。参考图16，可以在支撑基板160(例如，陶瓷基板)上设置多个LED芯片100。可以在多个LED芯片100中的每一个的顶表面上提供受体发光介质1610作为包封填充物。在一些实施例中，受体发光介质1610可以位于多个LED芯片100中的相邻LED芯片100之间的空间内，并且在一些实施例中可以填充多个LED芯片100中的相邻LED芯片100之间的空间。受体发光介质1610可以包括磷光体和/或其它材料，使得受体发光介质1610可以执行从多个LED芯片100发射的光的转换。与先前讨论的装置一样，图案化覆板430可以放置在受体发光介质1610上，并且可以包含光学元件450，该光学元件450被配置为减小半导体发光装置1600的CoA变化。因此，与关于单个LED所描述的一样，图案化覆板430和受体发光介质1610将执行类似的功能以改善关于多个LED芯片100的CoA变化。

尽管图16图示了其中光学元件450被呈现为从图案化覆板430的底表面突出的光学元件450的特定实施例，但是将理解的是，图案化覆板430、430ˊ、430ˊˊ、430ˊˊˊ的其它实施例可以替代图16的图案化覆板430，以提供根据本发明的实施例的附加的半导体发光装置。例如，图16的图案化覆板430可以包括在图案化覆板430的顶表面、底表面和/或中间区域上的光学元件450。光学元件450可以是各种形状，包括圆锥体、金字塔和/或其它几何形状。光学元件450可以从图案化覆板430突出，或者可以作为凹陷集成在图案化覆板430中。

如图17A至图17c所示，与常规装置相比，根据本发明的实施例的半导体发光装置可以表现出改善的CoA变化。参考图17A和图17B，将包括图案化覆板的改善的CoA装置1720的CoA变化与常规装置1710的CoA变化进行比较。图17A-图17C中所示的常规装置是诸如图2中所示的芯片盖，其中平滑蓝宝石覆板(即，没有图案化和/或光学元件)放置在受体发光介质之上。图17A表示颜色的ccx坐标随视角θ的变化(dccx)。图17B表示颜色的ccy坐标随视角θ的变化(dccy)。如本文关于图3B和图3C所讨论的，常规装置1710的性能随着视角θ相对于垂直于LED的发射表面的轴增大而显著变化。例如，随着视角θ增大，ccx和ccy方向两者上的偏差均增大。

如在图17A和图17B中可以看到的，对于在垂直于LED的发光表面的轴的75度以内的基本上所有视角，根据本发明的实施例的半导体发光装置在发射光的ccx和ccy分量上的变化表现出显著减小。实际上，对于在垂直于LED的发光表面的轴的75度以内的基本上所有视角，发射光的ccx和ccy分量两者都维持在0.01的范围以内。而且，对于在垂直于LED的发光表面的轴的40度以内的基本上所有视角，发射光的ccx和ccy分量两者都被维持在0.005的范围以内。

图17C图示了针对不同类型的图案化覆板的CoA变化的差异。例如，图17C图示了与根据本发明的实施例的具有圆锥形(例如，圆形截面)光学元件(例如，类似于关于图6A-图6C描述的实施例)的半导体发光装置1720a以及根据本发明的实施例的具有六边形的金字塔光学元件(例如，类似于关于图8A-图8C描述的实施例)的半导体发光装置1720b相比，常规半导体发光装置1710的CoA性能。如从图17C中可以看出的，与常规装置1710相比，实施例1720a和1720b两者在ccy方向上都提供了最小的偏差。在与垂直于LED的发光表面的轴在60度以内的视角范围中，虽然利用圆锥形光学元件的实施例1720a在发射光的ccy分量中有轻微的正偏差，而利用六边形的金字塔光学元件的实施例1720b在发射光的ccy分量中有轻微的负偏差，但实施例1720a和1720b两者都比常规装置1710具有小的偏差。

如前所提及的，一些常规装置利用诸如熔融二氧化硅之类的漫射器来改善CoA性能。然而，这样的漫射器可能会降低所感知的光的锐度和对比度。图18A和图18B图示了与本文所述的一些实施例相比，使用漫射器可能遇到的锐度下降。图18A图示了不同类型的半导体发光装置之间的相对亮度的比较。在图18A中，y轴指示从半导体发光装置发射的光的相对亮度，而x轴指示距半导体发光装置的中心的距离(以毫米为单位)。在理想的环境中，相对亮度跨越半导体发光装置的整个表面将是均匀的。实际上，相对亮度趋于在半导体发光装置的中心部分处最大。图18A比较了具有熔融二氧化硅漫射器的常规装置1805、具有包括平滑蓝宝石覆板的芯片盖的常规装置1810、根据本文描述的实施例的具有包括利用圆锥形光学元件的图案化覆板的芯片盖的装置1820a以及根据本文描述的实施例的具有包括利用六边形的金字塔光学元件的图案化覆板的芯片盖的装置1820b。图18B是图18A的曲线图的上部的放大版本。参考图18B，可以看到，使用漫射器和平滑蓝宝石两者的常规装置1805、1810比使用图案化覆板的装置1820a、1820b相对更早地开始朝向装置的边缘损失相对亮度。此外，根据本文描述的实施例的装置1820a、1820b的相对亮度包含在半导体发光装置的外边缘处的相对亮度的峰值，该峰值高于常规装置1805、1810的峰值。这些峰值可能是由于根据本文描述的实施例的半导体发光装置内的光反射的增加。

图19A和图19B图示了常规装置与本文所述的一些实施例之间的附加性能比较。图19A图示了与发射光的对比度有关的数据，其中通常认为数字越低越好。从图19A中可以看出，使用如本文所述的图案化覆板的实施例1820a、1820b的性能优于使用漫射器1805的常规装置，并且与使用平滑蓝宝石覆板的常规装置1810是可比拟的，同时维持如本文所述的较小的CoA变化。类似地，图19B图示了与发射光的锐度有关的数据，其中通常认为数字越低更好。在此，使用如本文所述的图案化覆板的实施例1820a、1820b的性能优于使用漫射器的常规装置1805和使用平滑蓝宝石覆板的常规装置1810两者。

图20A和图20B是示出常规半导体发光装置的CoA性能的曲线图。在图20A和图20B的曲线图中建模的装置是结构类似于图2的常规半导体发光装置，包括芯片盖，该芯片盖在受体发光介质上具有平滑蓝宝石覆板。图20A图示了从常规半导体发光装置发射的光的颜色随视角的变化。图20A示出了1976 uV CIE色度图中的发射光的vˊ坐标，该色度图与图1中所示的1931CIE色度图类似，但是被修改为使得1976 uV CIE色度图上的类似距离表示人类观察者的颜色的类似感知差异。如图20A中所示，对于常规半导体发光装置，随着视角从0度增大到80度，由半导体发光装置发射的光的感知vˊ在0.48和0.51之间变化。图20A中在大约0度附近的小峰或隆起很可能由于数据中的统计噪声。球形网格可以用于收集图20A中所示的数据，并且用于收集数据的“箱”在极点附近(位于0度和180度处)变小-就像全球地图上的纬度和经度线产生的切片在极点附近变小一样。相对于“赤道”附近的较大箱，较小的箱意味着较少的数据点，因此可能会有更多的统计噪声(例如，较低的信噪比)，从而导致0度标记附近的统计异常。图20B示出了在相同范围的视角内的常规半导体发光装置的发光强度。如在图20B中可以看到的，由常规半导体发光装置发射的光的感知强度也随视角而变化。

图21A和图21B是示出针对根据本发明的实施例的半导体发光装置的与图20A和图20B相同的性能参数的图。在图21A和图21B的曲线图中建模的半导体发光装置包括在受体发光介质上的图案化的蓝宝石覆板。图案化覆板包括在图案化覆板的下表面上的光学元件，类似于图4中所示的装置，并且该光学元件是圆锥形光学元件，如本文关于图6A-图6C所讨论的。图21A图示了从半导体发光装置发射的光的颜色随视角的变化。图21A示出了随着视角从0度增大到80度，由半导体发光装置发射的光的vˊ坐标仅在0.49和0.5之间微小地变化。因此，与传统装置相比，根据本发明的实施例的半导体发光装置具有显著减小的CoA变化。图21A图示了关于图20A所讨论的在0度标记附近的类似统计异常。现在参考图21B，可以看出，由根据本发明的实施例的半导体发光装置发射的光的强度曲线图与常规装置的强度曲线图非常类似。因此，根据本发明的实施例的半导体发光装置可以在几乎不影响发射光的感知强度的情况下减小发射光的CoA变化。

如本文所讨论的，光学元件450可以是各种形状，包括具有分段侧面和/或圆形侧壁的形状。光学元件450的形状可以分为两个部分：基部形状(例如，圆锥体、金字塔、半球等)和与基部形状的偏差(有意的或由于图案化特征的蚀刻/处理等)，偏差诸如是当从轮廓观看时沿着特征侧壁可以观察到的弯弓或弯曲(参见图6C、图7C、图8C)。

围绕主轴旋转平滑且对称的形状(例如，圆锥体、球体等)可能具有优于多面形状(例如，如金字塔、棱柱等)的有益特性，可以改善径向或方位角的均匀性。例如，如果圆锥体被以与法线成一定角度观看并且然后围绕其主轴(从基部指向尖端)旋转，则轮廓不会改变。金字塔不是这样的情况。因此，金字塔可能会导致用作图案化覆板430的部分的颜色均匀性发生改变。例如，如果LED芯片100和包括具有金字塔形状的光学元件450的图案化覆板430被以与法线成一定角度观看并且然后被旋转，则其各个轮廓可能至少部分地基于金字塔形光学元件450的分段侧面而改变。就测量数据而言，这可能会导致dccy图中的各个曲线(代表各种测得的方位角)具有相对于彼此的显著扩展，而不是全部相同。在一些实施例中，该变化可能意味着当以某些方位角观看时，半导体发光装置将通过dccy要求，而在其它方位角上表现欠佳。这种现象在图22A和图22B中图示，其包括示出在包括具有圆形基部的光学元件(例如，诸如图6A-图6C中所示的圆锥形光学元件)的半导体发光装置中和在包括具有六边形基部的光学元件(例如，诸如图8A-图8C中所示的六边形的金字塔光学元件)的半导体发光装置中的CoA的变化的曲线图。图22A图示了dccx变化相对于发射光的角度，并且图22B图示了dccy变化相对于发射光的角度。在图22A和图22B中，图示了针对圆锥形光学元件(标记为“圆形”)和六边形的金字塔光学元件(标记为“六边形”)以不同角度(0°、45°、90°、135°)截取的来自两个样品(A和B)的单独切片。如图22A和图22B中所示，圆锥形光学元件的CoA性能变化比六边形的金字塔光学元件的CoA性能变化更平滑。

取决于下面基部形状的尺寸，向轮廓添加曲率(或自然出现的曲率)可能帮助或损害CoA均匀性。仿真表明，曲率可以改善某些圆锥体高底比的CoA，但是实际上可能增大其它的CoA不均匀性。通常，两者的效果是相关的，并且可以使用任一者(如果可控)来补偿另一者所带来的负面影响。

在一些实施例中，光学特征间隔可以用于增大或减小图案的效果。光学特征之间的平坦区域的行为可能与未图案化覆板相同，因此通过这些区域发射的光可能具有较差的CoA均匀性。在高角度时效果可能最明显。在一些实施例中，光学特征越接近在一起，来自未图案化区域的对半导体发光装置的发射光的贡献越少。

因此，如本文所述，利用图案化覆板的半导体发光装置可以在不降低光性能的其它特性的情况下提供关于CoA变化的改善。因为对用于本文描述的实施例的覆板进行图案化可以使用对处理技术进行相对较小修改的现有装备，所以可以以最小的破坏或增加的费用来实现半导体发光装置的CoA变化的益处。

如本文所使用的，术语“半导体发光装置”可以包括LED、激光二极管和包括一个或多个半导体层的任何其它半导体发光装置，以及包括这种半导体发光装置的封装灯、灯泡、灯具等。这些装置中包括的半导体层可以包括硅、碳化硅、氮化镓和/或其它半导体材料、可选的半导体或非半导体基板以及可以包括金属和/或其它导电材料的一个或多个接触层。本文中所使用的表述“发光装置”和/或“照明设备”不受限制，除了它是能够发光的装置之外。

根据本公开的实施例的半导体发光装置可以包括在碳化硅、蓝宝石或氮化镓基板上制造的基于III-V族氮化物(例如，氮化镓)的LED，诸如由Durham,NC的Cree,Inc.制造和/或销售的各种装置。此类LED可以(或可以不)被配置为操作以使得通过以所谓的“倒装芯片”取向的基板发生光发射。根据本公开的实施例的半导体发光装置包括以下两者：垂直装置，其阴极触件在LED的一侧并且其阳极触件在LED的相反侧；以及其中两个触件都在装置的同一侧的装置。半导体发光装置的设计和制造对于本领域技术人员是众所周知的，因此将省略其进一步的描述。

结合以上描述和附图，本文已经公开了多个不同的实施例。将理解的是，逐字地描述和图示这些实施例的每个组合和子组合将是不适当的重复和混淆。因此，本说明书，包括附图，应被解释为构成本文所述的实施例以及制造和使用它们的方式和过程的所有组合和子组合的完整书面描述，并且应支持要求任何这种组合或子组合的权利。

上面已经参考附图描述了本发明，其中示出了某些实施例。然而，本公开不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开将是彻底和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在附图中，为了清楚起见，放大了层和区域的厚度。贯穿全文，相同的附图标记指的是相同的元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关列出的项目中的一个或多个的任何和所有组合。

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”及其派生词指定存在所述元件和/或组件，但不排除一个或多个其它元件、组件和/或其组的存在或添加。

将理解的是，当诸如层、区域或基板之类的一个元件被称为在另一元件“上”或在另一元件“上”延伸时，它可以直接在另一元件上或直接在另一元件上延伸，或者还可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一元件上”或“直接在另一元件上”延伸时，则不存在中间元件。还将理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，则不存在中间元件。

将理解的是，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各个元件、组件、区域和/或层，但是这些元件、组件、区域和/或层不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域或层与另一元件、组件、区域或层。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域或层可以被称为第二元件、组件、区域或层。

此外，诸如“下部”或“底部”以及“上部”或“顶部”之类的相对术语在本文中可以用于描述如图中所示的一个元件与另一元件的关系。将理解的是，除了附图中描绘的取向之外，相对术语旨在涵盖装置的不同取向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在另一元件的“下部”侧的元件将被取向为在另一元件的“上部”侧。因此，取决于附图的特定取向，示例性术语“下部”可以涵盖“下部”和“上部”这两个取向。

本文参考截面图示描述了本公开的实施例，这些截面图示是本公开的理想化实施例(和中间结构)的示意图示。为了清楚起见，附图中的层和区域的厚度可能被放大。另外，由于例如制造技术和/或公差，可以预期图示形状的变化。因此，本公开的实施例不应被解释为限于在本文中图示的区域的特定形状，而是包括例如由制造引起的形状偏差。

在附图和说明书中，已经公开了本公开的实施例，并且尽管采用了特定术语，但是它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的，本公开的范围在所附权利要求书中进行阐述。

Claims

1.一种半导体发光装置，包括：

发光二极管(LED)芯片；

LED芯片上的受体发光介质；和

与所述LED芯片相反地在所述受体发光介质上的图案化覆板，所述图案化覆板包括图案化表面，所述图案化表面被配置为减小由所述半导体发光装置发射的光的色点随偏离所述LED芯片的光轴的角度的变化。

2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述图案化表面包括多个光学元件。

3.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件被配置为在减小由所述半导体发光装置发射的光的色点随视角的变化的同时，减少由所述半导体发光装置发射的光量。

4.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个包括凸形突起。

5.根据权利要求4所述的半导体发光装置，其中，所述凸形突起包括非线性侧壁。

6.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个包括凹形凹陷。

7.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个具有圆形截面。

8.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个具有多边形截面。

9.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件以栅格布置在所述图案化覆板上。

10.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板的与所述图案化表面相反的表面是基本平坦的表面。

11.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件在所述图案化覆板的顶表面上。

12.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件在所述图案化覆板的底表面上。

13.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个的高度在1和3微米(μm)之间，并且所述多个光学元件中的所述至少一个的宽度在2和4μm之间。

14.根据权利要求13所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件的节距在0.5和10μm之间。

15.根据权利要求13所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件的节距是所述多个光学元件中的相应一个光学元件的宽度的0.5倍至10倍之间。

16.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述图案化表面是第一图案化表面，

其中，所述图案化覆板包括与所述第一图案化表面在所述图案化覆板的相反侧的第二图案化表面，以及

其中，所述多个光学元件包括在所述第一图案化表面上的第一光学元件和在所述第二图案化表面上的第二光学元件。

17.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板直接接触所述受体发光介质。

18.根据权利要求1所述的半导体发光装置，还包括在所述图案化覆板和所述受体发光介质之间的气隙。

19.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板包括第一图案化覆板，以及

其中，所述半导体发光装置还包括在所述第一图案化覆板上的第二覆板，所述第二覆板具有与所述第一图案化覆板的图案化表面相邻的主表面。

20.根据权利要求19所述的半导体发光装置，其中，所述第一图案化覆板包括多个第一光学元件，以及

其中，所述第二覆板包括第二图案化覆板，所述第二图案化覆板包括多个第二光学元件。

21.根据权利要求19所述的半导体发光装置，其中，所述第一图案化覆板包括第一折射率，以及

其中，所述第二覆板包括不同于所述第一折射率的第二折射率。

22.根据权利要求1所述的半导体发光装置，还包括在所述受体发光介质与所述LED芯片之间的粘附剂层。

23.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板是透明的。

24.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述图案化表面被配置为：对于在延伸穿过所述LED芯片且垂直于所述LED芯片的主表面的光轴的40度以内的基本上所有视角，将由所述半导体发光装置发射的光的ccx和ccy坐标两者的变化减小到0.01以内。

25.一种半导体发光装置，包括：

发光二极管(LED)芯片；和

直接安装在LED芯片上的芯片盖，所述芯片盖包括：

图案化覆板，包括多个光学元件；和

在所述图案化覆板上的受体发光介质，其中所述受体发光介质在所述LED芯片与所述图案化覆板之间。

26.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个包括凸形突起。

27.根据权利要求26所述的半导体发光装置，其中，所述凸形突起包括非线性侧壁。

28.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个包括凹形凹陷。

29.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个具有圆形截面。

30.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个具有多边形截面。

31.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件以栅格布置在所述图案化覆板上。

32.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板包括图案化表面，以及

其中，所述图案化覆板的与所述图案化表面相反的表面是基本平坦的表面。

33.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件在所述图案化覆板的顶表面上。

34.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件在所述图案化覆板的底表面上。

35.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板直接接触所述受体发光介质。

36.根据权利要求25所述的半导体发光装置，还包括在所述图案化覆板和所述受体发光介质之间的气隙。

37.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板包括蓝宝石、碳化硅、熔融二氧化硅和/或玻璃。

38.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件被配置为在减小由所述半导体发光装置发射的光的色点随视角的变化的同时，减少由所述半导体发光装置发射的光量。

39.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个的高度在1和3微米(μm)之间，并且所述多个光学元件中的至少一个的宽度在2和4μm之间。

40.根据权利要求39所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件的节距在0.5和10μm之间。

41.根据权利要求39所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件的节距是所述多个光学元件中的相应一个光学元件的宽度的0.5倍至10倍之间。

42.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板包括具有图案化表面的第一图案化覆板，以及

其中，所述半导体发光装置还包括在第一图案化覆板上的第二覆板，所述第二覆板具有与所述第一图案化覆板的图案化表面相邻的主表面。

43.根据权利要求42所述的半导体发光装置，其中，所述第一图案化覆板包括多个第一光学元件，

44.根据权利要求42所述的半导体发光装置，其中，所述第一图案化覆板包括第一折射率，以及

45.根据权利要求25所述的半导体发光装置，还包括在所述受体发光介质与所述LED芯片之间的粘附剂层。

46.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板是透明的。

47.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板包括第一图案化表面和第二图案化表面，所述第二图案化表面与所述第一图案化表面在所述图案化覆板的相反侧，以及

48.根据权利要求25所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板被配置为：对于在延伸穿过所述LED芯片且垂直于所述LED芯片的主表面的光轴的40度以内的基本上所有视角，将由所述半导体发光装置发射的光的ccx和ccy坐标两者的变化减小到0.01以内。

49.一种半导体发光装置，

发光二极管(LED)芯片；

LED芯片上的受体发光介质；和

与所述LED芯片相反地在所述受体发光介质上的图案化覆板，所述图案化覆板包括图案化表面，所述图案化表面被配置为：对于在延伸穿过所述LED芯片且垂直于所述LED芯片的主表面的光轴的40度以内的基本上所有视角，将由所述半导体发光装置发射的光的ccx和ccy坐标两者的变化减小到0.01以内。

50.根据权利要求49所述的半导体发光装置，其中，所述受体发光介质包括磷光体材料和粘合剂材料，以及

其中，所述粘合剂材料的第一折射率和所述图案化覆板的第二折射率之间的差至少为0.3。

51.根据权利要求49所述的半导体发光装置，其中，所述图案化表面包括多个光学元件。

52.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件将从所述LED芯片发射的光的与光轴至少成45°的一部分重定向为与延伸穿过所述LED芯片且垂直于所述LED芯片的主表面的光轴成30°以内。

53.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件将从所述LED芯片发射的光的与光轴至少成10°的一部分重定向为与延伸穿过所述LED芯片且垂直于所述LED芯片的主表面的光轴成30°以上。

54.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个包括凸形突起。

55.根据权利要求54所述的半导体发光装置，其中，所述凸形突起包括非线性侧壁。

56.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个包括凹形凹陷。

57.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个具有圆形截面。

58.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个具有多边形截面。

59.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板的与所述图案化表面相反的表面是基本平坦的表面。

60.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件在所述图案化覆板的顶表面上。

61.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件在所述图案化覆板的底表面上。

62.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件被配置为在减小由所述半导体发光装置发射的光的色点随视角的变化的同时，减少由所述半导体发光装置发射的光量。

63.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件中的至少一个的高度在1和3微米之间，并且所述多个光学元件中的至少一个的宽度在2和4μm之间。

64.根据权利要求63所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件的节距在0.5和10微米之间。

65.根据权利要求63所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件的节距是所述多个光学元件中的相应一个光学元件的宽度的0.5倍至10倍之间。

66.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件以栅格布置在所述图案化覆板上。

67.根据权利要求66所述的半导体发光装置，其中，所述栅格是六边形的。

68.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中，所述多个光学元件以不规则图案布置在所述图案化覆板上。

69.根据权利要求51所述的半导体发光装置，其中所述图案化表面是第一图案化表面，

70.根据权利要求49所述的半导体发光装置，其中，所述图案化表面被配置为：对于在延伸穿过所述LED芯片且垂直于所述LED芯片的主表面的光轴的40度以内的基本上所有视角，将由所述半导体发光装置发射的光的ccx和ccy坐标两者的变化减小到0.005以内。

71.根据权利要求49所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板是透明的。

72.根据权利要求49所述的半导体发光装置，其中所述图案化覆板直接接触所述受体发光介质。

73.根据权利要求49所述的半导体发光装置，还包括在所述图案化覆板和所述受体发光介质之间的气隙。

74.根据权利要求49所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板包括蓝宝石、碳化硅、熔融二氧化硅和/或玻璃。

75.根据权利要求49所述的半导体发光装置，其中，所述图案化覆板包括第一图案化覆板，以及

76.根据权利要求75所述的半导体发光装置，其中，所述第一图案化覆板包括多个第一光学元件，以及

77.根据权利要求75所述的半导体发光装置，其中，所述第一图案化覆板包括第一折射率，以及